(57)【要約】  プラズマ生成装置（１）は、プラズマ生成室（３）が内部に形成されたプラズマ生成容器（２）と、プラズマ生成室（３）の内部に設けられ、成膜ガスを導入するガス導入口（１５）と導入された成膜ガスをプラズマ生成室（３）内へ供給するガス供給口（２４）とが形成されたガス供給板（２２）と、プラズマ生成室（３）の内部に設けられ、成膜ガスに高周波電力を印加して誘導結合型のプラズマを生成する高周波アンテナ（６）とを備える。そして、高周波アンテナ（６）とガス供給板（２２）とがユニット（２８）として一体化されており、ユニット（２８）が、プラズマ生成容器（２）に対して着脱自在に構成されている。
2011104803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ生成室が内部に形成されたプラズマ生成容器と、
前記プラズマ生成室の内部に設けられ、被成膜基板を保持するためのホルダーと、
前記プラズマ生成室の内部に設けられ、成膜ガスを導入するガス導入口と導入された前記成膜ガスをプラズマ生成室内へ供給するガス供給口とが形成されたガス供給板と、
前記プラズマ生成室の内部に設けられ、前記成膜ガスに高周波電力を印加して誘導結合型のプラズマを生成する高周波アンテナと
を備え、
前記高周波アンテナと前記ガス供給板とがユニットとして一体化されており、前記ユニットが、前記プラズマ生成容器に対して着脱自在に構成されていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項２】
前記ユニットが複数配列されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ生成装置。
【請求項３】
前記高周波アンテナには、該高周波アンテナを冷却する冷却水を導入する高周波アンテナ用冷却配管が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ生成装置。
【請求項４】
前記ガス供給板には、該ガス供給板を冷却する冷却水を導入するガス供給板用冷却配管が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
【請求項５】
前記ガス供給板に接続され、前記成膜ガスを前記ガス供給板に導入するガス導入管を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
【請求項６】
複数の前記ガス供給口が、ハニカム配列を構成するように配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
【請求項７】
前記成膜ガスが、シラン系ガスであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、液晶表示装置を構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成するためのプラズマ生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置を構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、半導体集積回路、太陽電池等の各種半導体デバイスを製造するために、基材上に結晶性を有する薄膜、例えば、シリコン薄膜を形成することが行われている。【０００３】
また、このような半導体デバイスを製造する方法として、ガスプラズマを利用して膜形成を行うプラズマ生成装置を使用した方法が提案されている。【０００４】
このガスプラズマを発生させる方法は種々の方法が知られているが、そのうち、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法は、プラズマを利用して半導体膜等を成膜する方法として知られており、集積回路、液晶表示パネル、有機エレクトロルミネッセンス素子及び太陽電池等の製造に使用されている。【０００５】
このプラズマＣＶＤ法を用いて成膜を行うためのプラズマＣＶＤ装置は、処理室の内部に互いに対向するように配置された平板状のカソード電極及び平板状のアノード電極を備えている。【０００６】
例えば、アノード電極は、処理室の上壁部に配置された基板ホルダー内に設けられ、当該基板ホルダーによってカソード電極側の表面にガラス基板等の被成膜基板が装着される構成となっている。【０００７】
また、カソード電極には、成膜用の原料ガスを処理室内に導入するための複数のガス導入口がアノード電極側に形成されている。なお、カソード電極は、被成膜基板に平行となるように配置される。【０００８】
このプラズマＣＶＤ装置では、アノード電極上に被処理基板を装着して真空ポンプ等で処理室の内部を減圧した状態で、各ガス導入口から原料ガスを処理室内に導入し、カソード電極とアノード電極との間に電圧を印加することにより、発生した電界の絶縁破壊によってグロー放電現象として原料ガスのプラズマ状態を生じさせる。これにより、カソード電極の近傍において比較的強い電界が形成されるカソードシース部やその付近では、原料ガス（気体分子）の解離が促進されてラジカルが生成される。そして、このように生成されたラジカルが、被処理基板にまで拡散し、その基板表面に堆積することにより、薄膜が成膜される。【０００９】
ここで、一般に、太陽電池等で使用される微結晶シリコンや多結晶シリコン等の薄膜をプラズマＣＶＤ装置により形成する場合、微結晶シリコンや多結晶シリコンの欠陥性を低下させるとともに、成膜速度を向上させるとの観点から、プラズマＣＶＤ装置の処理室（チャンバー）内の圧力を高圧に設定する必要がある。【００１０】
また、このような高い圧力に設定された処理室内でプラズマを発生させて、被成膜基板とカソード電極間のプラズマ放電を適切に維持するとの観点から、アノード電極（即ち、被処理基板）とカソード電極間の距離を所定の距離（例えば、１０ｍｍ）以下に設定する必要がある。【００１１】
また、平板状の電極間距離（即ち、アノード電極とカソード電極との間の距離）の変動率が大きくなると、反応ガス流やプラズマ放電における不均一性が大きくなり、被成膜基板の表面において、均一な薄膜分布を得ることが困難になる。【００１２】
そこで、電極間距離の均一性（平行性）を確保するためのプラズマＣＶＤ装置が提案されている。より具体的には、ガス導入口が形成されたカソード電極を、反応容器のカソード電極受入開口面の周囲の外壁に配置された絶縁部材を介して、結合手段によって反応室容器へ外側から装着し、反応容器の外壁と絶縁部材との間、及び絶縁部材とカソード電極との間をＯリングによって気密シールしたプラズマＣＶＤ装置が提案されている。そして、このプラズマＣＶＤ装置においては、Ｏリングの弾性変形による偏平率を結合手段で制御することによって、カソード電極のガス導入面と被成膜基板（即ち、アノード電極）との平行性を調節する構成となっている（例えば、特許文献１参照）。【００１３】
また、プラズマ生成室内において、できるだけ高密度で均一なプラズマを得るとの観点から、高周波電力を用いて誘導結合プラズマを発生させる方法が知られている。【００１４】
この誘導結合プラズマを発生させるプラズマ生成装置においては、高密度で均一なプラズマを得るために、プラズマ生成室に対して高周波アンテナを設けるとともに、この高周波アンテナにより、室内に導入されたガスに対して高周波電力を印加することにより、誘導結合プラズマを生成する構成となっている。【００１５】
また、高周波アンテナは、投入される高周波電力の利用効率を向上させるとの観点から、プラズマ生成室の内部に配置される。また、プラズマ生成室の内部に配置された高周波アンテナは、アルミニウム等の導電性材料により形成された導電性部材（導電性管体）と、石英等の絶縁性材料により形成され、導電性部材の表面を被覆するように設けられた絶縁性部材（絶縁性管体）により構成されている。【００１６】
そして、プラズマ生成室の内部に高周波アンテナが配置されたプラズマ生成装置においては、プラズマ生成室が内部に形成されたプラズマ生成容器の天井壁に形成され、高周波アンテナから離間して配置されたガス導入口により室内に導入された成膜ガスに対して、高周波アンテナにより高周波電力を印加することにより、誘導結合プラズマを生成する構成となっている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００２−９３７１８号公報
【特許文献２】特開２００７−２２０６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、上記特許文献１に記載のプラズマＣＶＤ装置においては、結合手段を使用した場合であっても、カソード電極の周辺部のみの制御しかできないという問題があった。また、上記特許文献１に記載のプラズマＣＶＤ装置においては、平板状の電極を使用しているため、装置サイズが大型化すると、電極のサイズも大きくなり、電極の熱容量も大きくなる。その結果、プラズマ発生時の熱に起因して電極に変形が生じて反った状態になり、電極に撓みや歪みが生じることになる。【００１９】
そうすると、上述の電極の撓みや歪みに起因して、アノード電極−カソード電極間の距離が不均一になるため、放電が不均一になり、大きい面積（例えば、幅が２１６０ｍｍ、長さが２４６０ｍｍ）を有する電極間に形成されたプラズマ領域において、均一にプラズマを生成させることが困難になる。その結果、被処理基板の表面に均一な膜厚を有する薄膜を形成することが困難になるという問題があった。【００２０】
また、上記特許文献１に記載のプラズマＣＶＤ装置においては、カソード電極にガス導入口及びガス供給口を形成することにより、電極によりアンテナとガス供給系統を兼用することが可能である。しかしながら、プラズマ生成の均一性の観点から、アンテナとガス供給系統を兼用する電極を分割して形成することができず、平板状の電極を一体として（一枚ものとして）形成する必要がある。この場合、大きい面積を有する電極の加工性として、非常に高度な精度が要求されるが、メンテナンスを行う際に、アンテナとガス供給系統を兼用する電極ごと交換する必要があるため、メンテナンス効率が低下するとともに、メンテナンスを行う際のコストを高くなるという問題があった。【００２１】
また、上記特許文献２に記載の内部アンテナ型のプラズマＣＶＤ装置においては、上記特許文献１に記載のプラズマＣＶＤ装置とは異なり、アンテナとガス供給系統を兼用することは不可能である。そのため、内部アンテナ型のプラズマＣＶＤ装置においては、ガスの供給を行うために、プラズマ生成容器の天井壁にガス導入口を形成する必要がある。しかしながら、大面積で膜の膜厚や膜質の均一性を向上させるために、大面積で均一なガス供給分布を確保する必要があるが、この場合、天井壁に多数のガス導入口を形成する必要があり、多数のガス導入口を形成すると、プラズマ生成容器の強度が低下するという問題があった。また、多数のガス導入口を形成することが困難であるため、高精度、かつ高密度にガス導入口を形成すること困難になる。【００２２】
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、プラズマ発生時の熱による影響を受けることなく、均一な放電を発生させて、被処理基板の表面に均一な膜厚を有する薄膜を形成することができ、効率よくメンテナンスを行うことができるプラズマ生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明のプラズマ生成装置は、プラズマ生成室が内部に形成されたプラズマ生成容器と、プラズマ生成室の内部に設けられ、被成膜基板を保持するためのホルダーと、プラズマ生成室の内部に設けられ、成膜ガスを導入するガス導入口と導入された成膜ガスをプラズマ生成室内へ供給するガス供給口とが形成されたガス供給板と、プラズマ生成室の内部に設けられ、成膜ガスに高周波電力を印加して誘導結合型のプラズマを生成する高周波アンテナとを備え、高周波アンテナとガス供給板とがユニットとして一体化されており、ユニットが、プラズマ生成容器に対して着脱自在に構成されていることを特徴とする。【００２４】
同構成によれば、プラズマ生成室の内部において、成膜ガスに高周波電力を印加して誘導結合型のプラズマを生成する高周波アンテナを設けているため、装置サイズが大型化した場合であっても、複数の高周波アンテナを設ければ良い。また、従来のプラズマＣＶＤ装置における平板状の電極の熱容量に比し、各高周波アンテナの熱容量は小さいため、プラズマ発生時の熱に起因する変形の発生を効果的に抑制することが可能になる。従って、プラズマ生成室内において、均一にプラズマを生成させることが可能になるため、被成膜基板の表面に均一な膜厚を有する薄膜を形成することが可能になる。【００２５】
また、高周波アンテナとガス供給部材とを１つのユニットとして一体化しており、ユニットをプラズマ生成容器に対して着脱自在に構成している。従って、例えば、ガス導入口のメンテナンス（例えば、破損したガス導入口の取り替え）を行う際に、ガス導入口が形成されたガス供給部材を備えるユニットについてのみメンテナンス（即ち、１つのユニットの取り替え）を行うことが可能になるため、上記従来技術の平行平板電極型のプラズマＣＶＤ装置とは異なり、メンテナンスを行う際に、アンテナとガス供給系統を兼用する電極ごと交換する必要がなくなる。従って、メンテナンス効率を向上させることが可能になるとともに、メンテナンスを行う際のコストを低減することが可能になる。【００２６】
また、上記従来のアンテナとガス供給系統を兼用する電極に比し、高周波アンテナとガス供給部材とが一体化された１つのユニットの面積を小さくすることが可能になるため、高度な加工精度が不要になり、加工性を向上させることができる。【００２７】
また、ガス供給部材にガス供給口を形成する構成としているため、大面積で膜の膜厚や膜質の均一性を向上させるために、大面積で均一なガス供給分布を確保する必要がある場合であっても、プラズマ生成容器に設けるガス導入口の数を必要最低限にすることができ、プラズマ生成容器の強度を低下させることなく、多数のガス供給口をガス供給部材に形成することが可能になる。従って、従来の内部アンテナ型のプラズマＣＶＤ装置と比較して、高精度、かつ高密度にガス供給口を形成することができる。その結果、ガス供給口からプラズマ生成室内へ成膜ガスを供給する際に、成膜ガスの供給分布の向上を図ることができるため、被成膜基板に形成される膜の膜厚や膜質の均一性を向上させることができる。【００２８】
更に、小型ガスシャワーユニットの大きさを変更することによって大面積で均一なガス供給分布を得ることができる。【００２９】
また、本発明のプラズマ生成装置においては、ユニットが複数配列されている構成としてもよい。【００３０】
同構成によれば、被成膜基板の種類やサイズに対応させて、所望のアンテナ配置を有するプラズマ生成装置を構築することが可能になる。【００３１】
また、本発明のプラズマ生成装置においては、高周波アンテナには、高周波アンテナを冷却する冷却水を導入する高周波アンテナ用冷却配管が設けられている構成としてもよい。【００３２】
同構成によれば、プラズマ発生時の熱に起因する高周波アンテナの変形をより一層効果的に抑制することが可能になる。【００３３】
また、本発明のプラズマ生成装置においては、ガス供給板には、ガス供給板を冷却する冷却水を導入するガス供給板用冷却配管が設けられている構成としてもよい。【００３４】
同構成によれば、プラズマ発生時の熱に起因するガス供給部材の変形を効果的に抑制することが可能になる。【００３５】
また、本発明のプラズマ生成装置においては、ガス供給板に接続され、成膜ガスをガス供給板に導入するガス導入管を更に備える構成としてもよい。【００３６】
同構成によれば、ガス導入口とプラズマ生成容器との気密性を確保する必要がなくなる。従って、プラズマ生成容器内の真空度を効果的に保つことが可能になる。【００３７】
また、本発明のプラズマ生成装置においては、複数の前記ガス供給口が、ハニカム配列を構成するように配置されている構成としてもよい。【００３８】
同構成によれば、ガス供給部材において、ガス供給口を連続的に設けることが可能になるため、ガス供給分布をより一層向上させることができる。その結果、被成膜基板に形成される膜の膜厚や膜質の均一性をより一層向上させることができる。【００３９】
また、本発明のプラズマ生成装置は、被成膜基板の表面に均一な膜厚を有する薄膜を形成することができるとともに、メンテナンス効率を向上させることができるという優れた特性を備えている。従って、本発明は、成膜ガスが、シラン系ガスであるプラズマ生成装置に好適に使用され、このような構成により、太陽電池等に使用されるシリコン薄膜を被成膜基板の表面に均一な膜厚を有する薄膜として形成することができるプラズマ生成装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、プラズマ発生時の熱による影響を受けることなく、被成膜基板の表面に均一な膜厚を有する薄膜を形成することが可能になる。また、メンテナンス効率を向上させて、メンテナンスを行う際のコストを低減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ生成装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ生成装置の全体構成を示す概略図であり、図１を矢印Ａの方向から見た場合の図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ生成装置のアンテナユニットとガス供給部材とが一体化されたユニットを説明するための図であり、図２のＢ部の拡大断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ生成装置のアンテナユニットとガス供給部材とが一体化されたユニットを示す平面図である。
【図５】図４のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るプラズマ生成装置において、図５に示すユニットの配置を説明するための平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るプラズマ生成装置のアンテナユニットとガス供給部材とが一体化されたユニットを説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態に係るプラズマ生成装置のガス供給部材の変形例を説明するための平面図である。
【図９】本発明の実施形態に係るプラズマ生成装置のガス供給部材に形成されたガス供給口の変形例を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るプラズマ生成装置のガス供給部材に形成されたガス供給口の変形例を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るプラズマ生成装置のガス供給部材に形成されたガス供給口の変形例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００４３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ生成装置の全体構成を示す概略図であり、図２は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ生成装置の全体構成を示す概略図であり、図１を矢印Ａの方向から見た場合の図である。また、図３は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ生成装置のアンテナユニットとガス供給板とが一体化されたユニットを説明するための図であり、図２のＢ部の拡大断面図である。また、図４は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ生成装置のアンテナユニットとガス供給板とが一体化されたユニットを示す平面図である。また、図５は、図４のＤ−Ｄ断面図であり、図６は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ生成装置において、図４に示すユニットの配置を説明するための平面図である。
【００４４】
図１、図２に示すように、プラズマ生成装置（プラズマＣＶＤ装置）１は、プラズマ生成室（成膜室）３が内部に形成されたプラズマ生成容器２を備えている。このプラズマ生成容器２は、例えば、アルミニウムやＳＵＳ等の金属により形成されている。
【００４５】
また、プラズマ生成室３内の下部には、被成膜基板４を保持するための保持部材であるホルダー５が設置されている。このホルダー５は、例えば、アルミニウムやＳＵＳ等の材料により形成されている。なお、これらのアルミニウムやＳＵＳにアルミナを溶射したものも使用することができる。
【００４６】
また、ホルダー５に、被成膜基板４を加熱するためのヒータ（不図示）を内蔵する構成としても良い。
【００４７】
また、プラズマ生成装置１には、プラズマ生成容器２の天井壁２ａからプラズマ生成室３内へ複数（本実施形態においては、８個）の高周波アンテナ６が挿入されて設置されている。この高周波アンテナ６は、プラズマ生成室３内に供給された成膜ガスに高周波電力を印加してプラズマを発生させるためのものであり、プラズマ生成室３の内部において、ホルダー５に対向するように設けられている。
【００４８】
また、これらの複数の高周波アンテナ６の各々は同じ大きさのものであり、同一平面上に所定の間隔をおいて、隣り合わせで配置されている。
【００４９】
この高周波アンテナ６は、図１に示すように、断面略Ｕ字形状を有しており、図１、図２に示すように、取付部材である土台部２５に取り付けられており、高周波アンテナ６と土台部２５がアンテナユニット２６として一体化されている。
【００５０】
また、高周波アンテナ６は、絶縁性材料により土台部２５から絶縁されており、ボルト等の固定部材（不図示）により、土台部２５に固定される構成となっている。
【００５１】
なお、図１、図２においては、断面略矩形状を有する土台部２５を示しているが、当該土台部２５の形状は、特に限定されず、ガス供給板２２との組み合わせによって、例えば、略正方形状や略楕円形状の断面を有する土台部２５を使用することができる。
【００５２】
また、図１〜図２に示すように、高周波アンテナ６を構成する導電体１０のうち、プラズマ生成容器２の天井壁２ａからプラズマ生成室３外に向けて突出した部分が、高周波アンテナ６の端子部６ａ，６ｂを構成している。
【００５３】
また、図１に示す様に、プラズマ生成室３外に向けて突出した高周波アンテナ６の端子部６ａ，６ｂのうち、一方の端子部６ｂはマッチングボックス１２に接続されており、端子部６ｂはマッチングボックス１２を介して高周波電源１３に接続されている。
【００５４】
即ち、本実施形態のごとく、後述するユニット２８を複数設置する場合、図１、図２に示す各高周波アンテナ６においては、プラズマ生成室３外に向けて突出した端子部６ａ，６ｂのうち、互いに隣り合う端子部６ｂが、２本の高周波アンテナ６に共通のマッチングボックス１２に接続される構成となっている。
【００５５】
また、図１に示すように、各高周波アンテナ６に設けられた他方の端子部６ａは接地されている。また、各高周波アンテナ６は、端子部６ｂにより並列接続される構成となっている。
【００５６】
また、図１、図２に示すように、プラズマ生成容器２の天井壁２ａのプラズマ生成室３側には、中空構造を有するガス供給部材であるガス供給板２２が設けられている。
【００５７】
また、図２、図３、及び図５に示すように、このガス供給板２２のプラズマ生成容器２の天井壁２ａ側２２ａには、プラズマ生成室３内へ供給される所定の成膜ガスをガス供給板２２の内部に導入するためのガス導入口１５が形成されている。このガス導入口１５は、円管形状を有しており、プラズマ生成容器２の天井壁２ａ側２２ａから突出して設けられている。
【００５８】
そして、本実施形態においては、プラズマ生成室３の内部に設けられた複数のガス供給板２２の各々に対して、成膜ガスを導入する構成となっている。
【００５９】
また、図３〜図５に示すように、ガス供給板２２のプラズマ生成室３側２２ｂには、ガス供給板２２の内部に導入された成膜ガスをプラズマ生成容器２の内部へ供給するためのガス供給口２４が形成されている。そして、図３において、矢印で示すように、ガス導入口１５からガス供給板２２の内部に導入されたガスは、このガス供給口２４からプラズマ生成室３内へと供給される構成となっている。
【００６０】
なお、ガス供給口２４の形状は、プラズマ生成室３内へ成膜ガスを供給することができる形状であれば、特に限定はされないが、加工性に優れているとの観点から、本実施形態においては、図４及び図５に示すように、平面が略円形状であるとともに、断面が略矩形状である略円柱形状を有するガス供給口２４を設けている。
【００６１】
また、図３に示すように、プラズマ生成容器２の天井壁２ａには、真空継手等の金属端子１６が設けられており、ガス導入口１５を、プラズマ生成容器２の天井壁２ａ及び金属端子１６に挿通することにより、プラズマ生成容器２の天井壁２ａからプラズマ生成室３内へ向けてガス導入口１５が設置される構成となっている。
【００６２】
なお、図３に示すように、ガス導入口１５とプラズマ生成容器２の天井壁２ａの間に設けられたＯリング１７により、ガス導入口１５とプラズマ生成容器２の天井壁２ａとの気密性が確保されている。
【００６３】
また、上述のアンテナユニット２６を構成する土台部２５の電位は、接地電位で良く、プラズマ生成容器２との間で絶縁性を確保する必要がないため、ボルト等の固定部材（不図示）により土台部２５をプラズマ生成容器２の天井壁２ａに対して固定することにより、アンテナユニットをプラズマ生成室３の内部に配置する構成となっている。
【００６４】
また、図５に示すように、ガス供給板２２には、ガス供給板２２を冷却する冷却水を導入するガス供給板用冷却配管４７（以下、「配管４７」という。）が設けられている。冷却水は、図中の矢印Ｘの方向から配管４７に供給されてガス供給板２２の内部に導入され、図中の矢印Ｙの方向からガス供給板２２の外部へと排出される。このような配管４７を設けることにより、プラズマ発生時の熱に起因するガス供給板２２の変形を効果的に防止することが可能になる。
【００６５】
また、上述のごとく、高周波アンテナ６においては、図１に示すように、高周波アンテナ６を冷却する冷却水を導入する高周波アンテナ用冷却配管４８（以下、「配管４８」という。）が設けられている。冷却水は、高周波アンテナ６の方向から配管４８に供給されて高周波アンテナ６の内部に導入された後、高周波アンテナ６の外部へと排出される。このような配管４８を設けることにより、プラズマ発生時の熱に起因する高周波アンテナの変形を効果的に防止することが可能になる。
【００６６】
また、本実施形態においては、ガス導入口１５により導入される成膜ガスとして、被成膜基板４上に形成しようとする薄膜を構成する元素を含むガスが使用される。
【００６７】
より具体的には、例えば、液晶表示装置を構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）、半導体集積回路、太陽電池等に使用されるシリコン薄膜を被成膜基板４上に形成する場合は、シラン（ＳｉＨ４）または水素希釈のシラン（ＳｉＨ４／Ｈ２）等のシラン系ガスが使用される。
【００６８】
また、原料であるガスとアルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガス等の希ガス（不活性ガス）との混合ガスをプラズマ生成容器２内に導入する構成としても良い。
【００６９】
この様な構成により、原料ガスを構成する元素のイオンと希ガスのイオンとを同時に被成膜基板４に対して照射することができる。また、希ガスイオンは、薄膜を構成しないため、希ガスイオンが有する運動エネルギーにより、薄膜の結晶化を促進することができる。
【００７０】
また、図１に示すように、プラズマ生成装置１は、ガス導入口１５及びプラズマ生成室３内からガスを排気して、プラズマ生成室３内を所定のプラズマ生成圧に設定するための排気装置である真空ポンプ１４を備えている。
【００７１】
この真空ポンプ１４は、図１に示すように、ゲートバルブ３１を備える配管３２を介してプラズマ生成容器２に接続されている。そして、ガス導入口１５及びプラズマ生成室３内のガスは、ゲートバルブ３１を開いた状態にすることにより、配管３２を通じて外部に排気される構成となっている。
【００７２】
そして、プラズマ生成装置１では、まず、プラズマ生成室３の内部に設けられたホルダー５上に被成膜基板４を載置して、被成膜基板４をホルダーにより保持する。
【００７３】
次いで、真空ポンプ１４の運転により、プラズマ生成室３内の排気が開始される。そして、プラズマ生成室３内が所定の圧力まで減圧された後、ガス導入口１５を備えるガス供給板２２により、プラズマ生成室３の内部へ所定の成膜ガス（例えば、シラン系ガス）が供給され、プラズマ生成室３の内部が成膜圧に維持される。
【００７４】
次いで、高周波アンテナ６に対して、高周波電源１３からマッチングボックス１２を介して高周波電力が印加されて、これによって、プラズマ生成室３内において高周波放電を生じさせて、プラズマ生成室３内において成膜ガスが電離（励起）されて誘導結合型のプラズマが生成される。そして、この誘導結合プラズマにより、ホルダー５上の被成膜基板４に膜（例えば、シリコン膜）が形成（成膜）される構成となっている。
【００７５】
なお、高周波電力の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚ（シリコン膜を成膜する場合）、５０ＭＨｚ、６０ＭＨｚ等である。
【００７６】
このように、本実施形態においては、プラズマ生成室３の内部において、成膜ガスに高周波電力を印加して誘導結合型のプラズマを生成する高周波アンテナ６を使用する構成としている。従って、装置サイズが大型化した場合であっても、図１，図２、及び図６に示すように、複数の高周波アンテナ６を設ければ良く、また、上記従来のプラズマＣＶＤ装置における平板状の電極の熱容量に比し、各高周波アンテナ６の熱容量は小さいため、プラズマ発生時の熱に起因する変形の発生を効果的に抑制することが可能になる。
【００７７】
なお、上記従来の平板状の電極を備えるプラズマＣＶＤ装置において、電極の変形を防止するためには、電極を分割してユニット化することにより、電極全体の熱容量を低減する方法が考えられる。しかし、平行に配置された平板状の電極を使用するため、ユニット間のつなぎ目において、高周波電力の擾乱等の影響を受け、電極を分割してユニット化することが困難であると考えられる。
【００７８】
一方、本実施形態のごとく、プラズマ生成室３の内部に高周波アンテナ６を配置するアンテナ構造を採用した場合は、各高周波アンテナにおいて独立してプラズマを生成することができるため、上述の高周波電力の擾乱等の影響を受けることはない。
【００７９】
また、本実施形態においては、図２〜図４に示すように、上述のアンテナユニット２６（即ち、高周波アンテナ６）とガス供給板２２とが１つのユニット２８として一体化されており、当該ユニット２８が、プラズマ生成容器２に対して着脱自在に構成されている点に特徴がある。
【００８０】
ユニット２８をプラズマ生成容器２の天井壁２ａに対して装着する場合は、プラズマ生成容器２の内側（プラズマ生成室３側）から、ガス供給板２２のガス導入口１５をプラズマ生成容器２の天井壁２ａ及び金属端子１６に挿通するとともに、アンテナユニット２６を構成する高周波アンテナ６の端子部６ａ，６ｂをプラズマ生成容器２の天井壁２ａに挿通する。
【００８１】
また、ユニット２８をプラズマ生成容器２から脱着する場合は、プラズマ生成容器２の天井壁２ａに装着されたユニット２８をプラズマ生成容器２の天井壁２ａ側からプラズマ生成室３側へユニット２８ごと移動させる。
【００８２】
このような構成により、例えば、ガス導入口１５のメンテナンス（例えば、破損したガス導入口１５の取り替え）を行う際に、ガス導入口１５が形成されたガス供給板２２を備えるユニット２８についてのみメンテナンス（即ち、１つのユニット２８の取り替え）を行うことが可能になる。従って、上記従来技術の平行平板電極型のプラズマＣＶＤ装置とは異なり、メンテナンスを行う際に、アンテナとガス供給系統を兼用する大面積の電極ごと交換する必要がなくなる。
【００８３】
また、上記従来のアンテナとガス供給系統を兼用する大面積の電極に比し、高周波アンテナ６とガス供給板２２とが一体化された各ユニット２８の面積を小さくすることが可能になるため、高度な加工精度が不要になり、加工性を向上させることができる。
【００８４】
また、上記従来技術の内部アンテナ型のプラズマＣＶＤ装置においては、大面積で均一なガス供給分布を確保するためには、天井壁に多数のガス導入口を形成する必要があり、プラズマ生成容器の強度が低下するという問題があった。また、多数のガス導入口を形成することが困難であるため、高精度、かつ高密度にガス導入口を形成することが困難になるという問題があった。
【００８５】
一方、本実施形態においては、上述のごとく、ガス供給板２２にガス供給口２４を形成する構成としているため、大面積で膜の膜厚や膜質の均一性を向上させるために、大面積で均一なガス供給分布を確保する必要がある場合であっても、プラズマ生成容器２に設けるガス導入口１５の数を必要最低限にすることができる。従って、プラズマ生成容器２の強度を低下させることなく、多数のガス供給口２４をガス供給板２２に形成することが可能になる。その結果、上記従来技術の内部アンテナ型のプラズマＣＶＤ装置と比較して、高精度、かつ高密度にガス供給口２４を形成することができる。従って、ガス供給口２４からプラズマ生成室３内へ成膜ガスを供給する際に、成膜ガスの供給分布の向上を図ることができる。
【００８６】
また、アンテナユニット２６とガス供給板２２とが１つのユニット２８として一体化されているため、図６に示すように、プラズマ生成室３内に上述のユニット２８を複数（図６では、２×４＝８個）配列することができる。
【００８７】
また、アンテナユニット２６とガス供給板２２とが１つのユニット２８として一体化されているため、プラズマ生成室３内にユニット２８を複数配列した場合であっても、各ユニット２８を構成する高周波アンテナ６毎に電力供給量を制御することができるとともに、各ユニット２８を構成するガス供給板２２毎に成膜ガスの供給量を制御することが可能になる。従って、被成膜基板４に形成される膜の膜厚や膜質を精密に制御することが可能になる。
【００８８】
以上に説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００８９】
（１）本実施形態においては、プラズマ生成室３の内部において、成膜ガスに高周波電力を印加して誘導結合型のプラズマを生成する高周波アンテナ６を使用する構成としている。従って、装置サイズが大型化した場合であっても、複数の高周波アンテナ６を設ければ良く、また、各高周波アンテナ６の熱容量は小さいため、プラズマ発生時の熱に起因する変形の発生を効果的に抑制することが可能になる。従って、プラズマ生成室３内において、均一にプラズマを生成させることが可能になるため、被成膜基板４の表面に均一な膜厚を有する薄膜を形成することが可能になる。
【００９０】
（２）本実施形態においては、アンテナユニット２６とガス供給板２２とを１つのユニット２８として一体化する構成としている。また、ユニット２８をプラズマ生成容器２に対して着脱自在に構成している。従って、ガス導入口１５のメンテナンスを行う際に、ガス導入口１５が形成されたガス供給板２２を備えるユニット２８についてのみメンテナンスを行うことが可能になるため、上記従来技術の平行平板電極型のプラズマＣＶＤ装置とは異なり、メンテナンスを行う際に、アンテナとガス供給系統を兼用する電極全体を交換する必要がなくなる。従って、メンテナンス効率を向上させることが可能になるとともに、メンテナンスを行う際のコストを低減することが可能になる。
【００９１】
（３）また、上記従来のアンテナとガス供給系統を兼用する電極に比し、高周波アンテナ６とガス供給板２２とが一体化された各ユニット２８の面積を小さくすることが可能になる。従って、高度な加工精度が不要になり、加工性を向上させることができる。
【００９２】
（４）本実施形態においては、ガス供給板２２にガス供給口２４を形成する構成としている。従って、プラズマ生成容器２の強度を低下させることなく、多数のガス供給口２４をガス供給板２２に形成することが可能になる。従って、高精度、かつ高密度にガス供給口２４を形成することができるため、ガス供給口２４からプラズマ生成室３内へ成膜ガスを供給する際に、成膜ガスの供給分布の向上を図ることができる。その結果、被成膜基板４に形成される膜の膜厚や膜質の均一性を向上させることができる。
【００９３】
（５）本実施形態においては、アンテナユニット２６とガス供給板２２とが１つのユニット２８として一体化されているため、ユニット２８の大きさを変更することによって大面積で均一なガス供給分布を得ることができる。
【００９４】
（６）本実施形態においては、アンテナユニット２６とガス供給板２２とが１つのユニット２８として一体化されているため、プラズマ生成室３内にユニット２８を複数配列することができる。従って、被成膜基板４の種類やサイズに対応させて、所望のアンテナ配置を有するプラズマ生成装置１を構築することが可能になる。
【００９５】
（７）本実施形態においては、高周波アンテナ６に、高周波アンテナ６を冷却する冷却水を導入する配管４８を設ける構成としている。従って、プラズマ発生時の熱に起因する高周波アンテナ６の変形をより一層効果的に抑制することが可能になる。
【００９６】
（８）本実施形態においては、ガス供給板２２に、ガス供給板２２を冷却する冷却水を導入する配管４７を設ける構成としている。従って、プラズマ発生時の熱に起因するガス供給板２２の変形を効果的に抑制することが可能になる。
【００９７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図７は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ生成装置のアンテナユニットとガス供給板とが一体化されたユニットを説明するための図であり、図２のＢ部の拡大断面図に相当（即ち、上記第１の実施形態の図３に相当）する図である。なお、上記第１の実施形態と同様の構成部分については同一の符号を付してその説明を省略する。また、プラズマ生成装置の全体構成、プラズマ生成装置のアンテナユニットの全体構成、及びアンテナユニットとガス供給板とが一体化されたユニットの全体構成については、上述の第１の実施形態において説明したものと同様であるため、ここでは詳しい説明を省略する。
【００９８】
本実施形態においては、図７に示すように、プラズマ生成室３内に、プラズマ生成室３内へ供給される所定の成膜ガスをガス供給板２２の内部に導入するためのガス導入管４５が設けられている点に特徴がある。
【００９９】
このガス導入管４５は、図７に示すように、プラズマ生成容器２の側壁２ｂからプラズマ生成室３の内部に挿入されるとともに、複数のガス導入管４５が、継ぎ手４６により接続されて、プラズマ生成室３の内部において、プラズマ生成容器２の天井壁２ａとユニット２８との間に配設される構成となっている。
【０１００】
なお、ガス導入管４５をプラズマ生成容器２の天井壁２ａからプラズマ生成室３の内部に挿入する構成としても良い。
【０１０１】
また、図７に示すように、各ガス供給板２２に設けられたガス導入口１５と継ぎ手４６が接続されており、継ぎ手４６を介して、ガス導入管４５とガス導入口１５とが接続される構成となっている。
【０１０２】
そして、そして、図７において、矢印で示すように、継ぎ手４６を介して、ガス導入管４５からガス供給板２２に導入されたガスは、ガス供給板２２に形成されたガス供給口２４からプラズマ生成室３内へと供給される構成となっている。
【０１０３】
また、上述の第１の実施形態の場合と同様に、図７に示すように、ガス供給板２２には、ガス供給板２２を冷却する冷却水を導入するガス供給板用冷却配管４９（以下、「配管４９」という。）が設けられている。この配管４９は、図７に示すように、ガス供給板２２のプラズマ生成容器２の天井壁２ａ側２２ａに設けられている。
【０１０４】
そして、この場合、図７に示すように、配管４９の一部４９ａが、プラズマ生成容器２の側壁２ｂから外方に向けて突出して設けられており、冷却水は、配管４９の一部４９ａに対して、図中の矢印Ｘの方向から配管４９に供給されてガス供給板２２の表面に導入され、図中の矢印Ｙの方向からガス供給板２２の外部へと排出される。
【０１０５】
なお、高周波アンテナ６の冷却構造は、上述の第１の実施形態の場合と同様である。
【０１０６】
以上に説明した本実施形態によれば、上述の（１）〜（８）の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
【０１０７】
（９）本実施形態においては、ガス導入管４５を設ける構成としている。従って、上記第１の実施形態とは異なり、プラズマ生成容器２の天井壁２ａに対してガス導入口１５を挿通する必要がなくなるため、ガス導入口１５とプラズマ生成容器２の天井壁２ａとの気密性を確保する必要がなくなる。従って、上記第１の実施形態に比し、プラズマ生成容器２内の真空度を効果的に保つことが可能になる。
【０１０８】
なお、上記実施形態は以下のように変更しても良い。
【０１０９】
上記第１及び第２の実施形態においては、平面が略円形状であるガス供給口２４を設ける構成としたが、図８に示すように、平面が多角形状（図８においては六角形状）である略多角柱形状（図８においては、略六角柱形状）を有するガス供給口２４を複数設け、複数のガス供給口２４をハニカム配列とする構成としても良い。このような構成により、ガス供給口２４を隙間なく連続的に設けることが可能になるため、ガス供給分布をより一層向上させることができ、結果として、被成膜基板４に形成される膜の膜厚や膜質の均一性をより一層向上させることができる。
【０１１０】
また、図９〜図１１に示す断面形状を有するガス供給口２４を設ける構成としても良い。即ち、図９に示すように、異なる内径Ｒ１，Ｒ２（Ｒ１＜Ｒ２）を有するガス供給口２４を設けていも良い。また、図１０に示すように、断面テーパ形状を有するガス供給口２４を設ける構成としても良い。更に、図１１に示すように、略円柱形状を有する孔とテーパ形状を有する孔とを組み合わせたガス供給口２４を設ける構成としても良い。なお、図９〜図１１に示すガス供給板２２を配置する際に、プラズマ生成容器２の天井壁２ａ側とプラズマ生成室３側２２ｂとを入れ替えて配置することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の活用例としては、例えば、液晶表示装置を構成する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成するためのプラズマ生成装置が挙げられる。
【符号の説明】
【０１１２】
１    プラズマ生成装置
２    プラズマ生成容器
３    プラズマ生成室
４    被成膜基板
５    ステージ
６    高周波アンテナ
６ａ、６ｂ    高周波アンテナの端子部
１５    ガス導入口
２２    ガス供給板
２４    ガス供給口
２５    土台部
２６    アンテナユニット
２８    ユニット
４５    ガス導入管
４７    ガス供給板用冷却配管
４８    高周波アンテナ用冷却配管
４９    ガス供給板用冷却配管
【図１】
2011104803.tif 000003
【図２】
2011104803.tif 000004
【図３】
2011104803.tif 000005
【図４】
2011104803.tif 000006
【図５】
2011104803.tif 000007
【図６】
2011104803.tif 000008
【図７】
2011104803.tif 000009
【図８】
2011104803.tif 000010
【図９】
2011104803.tif 000011
【図１０】
2011104803.tif 000012
【図１１】
2011104803.tif 000013
【国際調査報告】
2011104803.tif 000014
2011104803.tif 000015
2011104803.tif 000016
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